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Die Erfindung betrifft einen Vorschub für ein Mikrotom, zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen einem Werkstück und einem Schneidwerkzeug, mit einem mit einer Basis verbundenen und einem in bezug zu dieser Basis in Vorschubrichtung kontinuierlich bewegbaren Bauteil.
Zweckmässigerweise wird das Schneiden eines Werkstückes in einem Mikrotom derart durchgeführt, dass ein Werkstückarm, an dessen Ende das Werkstück befestigt ist, auf-und abwärts bewegt wird, während gleichzeitig ein Vorschub mit extrem geringer konstanter Geschwindigkeit erfolgt, so dass mittels eines am Ende des Werkstückarmes angeordneten Messers sehr dünne Schnitte des Werkstückes hergestellt werden, die sich für elektronenmikroskopische Untersuchungen eignen. Falls Schnitte in einer Dicke von 500 Ä hergestellt werden sollen und die Schnittfrequenzen 25 Schnitte pro Minute nicht überschreiten darf, sollte die Vorschubgeschwindigkeit in der Grössenordnung von 12500 Ä pro Minute liegen.
Üblicherweise wird zur Erzielung eines solchen Vorschubes der Werkstückarm, beispielsweise mittels einer um den Werkstückarm gewickelten Spule langsam erhitzt. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, dass man bei längerdauernder Erhitzung keine lineare Ausdehnung des Werkstückarmes erzielen kann ; ausserdem dauert es lange, bis sich der Werkstückarm nach dem Erhitzen wieder rückverstellt.
Ziel der Erfindung ist es, den Vorschub eines Mikrotoms zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen einem Werkstück und einem Schneidwerkzeug so zu gestalten, dass er eine konstante Vorschubgeschwindigkeit liefert und die Rückverstellung des Werkstückes innerhalb optimal kurzer Zeit erfolgt.
Zur Erreichung dieses Zieles ist bei einem Vorschub der eingangs bezeichneten Gattung mit einem mit einer Basis verbundenen und einem in bezug zu dieser Basis in Vorschubrichtung kontinuierlich bewegbaren Bauteil erfindungsgemäss ein zwischen diesen beiden Bauteilen angeordneter, vorzugsweise aus plastischem Material bestehender Verformungskörper vorgesehen und ferner krafterzeugende Mittel, z. B. eine Feder, die zur Verformung des Verformungskörpers innerhalb des viskoelastischen Verformungsbereiches auf den beweglichen Bauteil eine im wesentlichen konstante Kraft in Vorschubrichtung ausüben.
Bekanntlich erfolgt die Verformung eines plastischen Verformungskörpers in drei Phasen. Zuerst tritt die momentane Dehnung e, ein, die im elastischen Bereich liegt. Anschliessend erfolgt eine verzögerte elastische Dehnung, die sogenannte viskoelastische Dehnung und in einer dritten Phase würde dann gegebenenfalls das viskose Fliessen des Materiales eintreten. Ein derartiger Verformungskörper hat demnach in bezug auf seine Deformationsvorgeschichte ein begrenztes Gedächtnis und erfährt infolgedessen weder eine spontane zeitliche Veränderung seiner Eigenschaften noch durch die Verformung selbst bzw. als Folge des Fliessvorganges irgendwelche irreversible Zustandsänderungen.
In einem Bereich, der den Nulltensor enthält, ist jedem Deformationsgeschwindigkeitstensor eindeutig ein Spannungszustand zugeordnet, der asymptotisch erreichbar ist, so dass nach dem Aufhören der Deformation alle Spannungen bis auf einen isotropen Druck vollständig relaxieren. Es handelt sich also um einen Verformungskörper aus sogenanntem rheologischen Material und dies gewährleistet eine im wesentlichen konstante Vorschubgeschwindigkeit, weil die Dehnung des Verformungskörpers eine Funktion der Zeit ist.
Demgegenüber arbeiten die federnden Glieder einer vorbekannten, in der deutschen Auslegeschrift 1150217 beschriebenen Vorschubeinrichtung ausschliesslich im elastischen Bereich, also in der ersten Phase des obengeschilderten Dehnungsverlaufes. Zudem führen die genannten federnden Glieder bei dieser vorbekannten Vorrichtung nur eine Übersetzung aus, wogegen die eigentliche Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit durch Drehen einer Spindel erfolgt.
Im Rahmen der Erfindung können die beiden Bauteile derart angeordnet sein, dass die krafterzeugenden Mittel den Verformungskörper stauchen, dehnen oder auf Schub beanspruchen.
Weitere Erfindungsmerkmale werden der besseren Verständlichkeit halber nachstehend an Hand in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. In diesen Zeichnungen zeigt die Fig. l schematisch ein Mikrotom mit einem erfmdungsgemässen Vorschub in einer Seitenansicht, die Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel in einer Teilansicht, die Fig. 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel und die Fig. 4a und 4b stellen schaubildlich die Dehnung eines Verformungskörpers in Abhängigkeit von der Zeit bei konstant ausgeübter Spannung dar.
Das in Fig. 1 dargestellte Mikrotom weist eine blockförmige Basis-l-auf, an der ein Schneidwerkzeug --3-- in Form eines Messers in einer Werkzeugstufe--2--angebracht ist. Die Werkzeugstufe ist längs der Basis verschiebbar, beispielsweise mittels einer Gleitführung (nicht gezeigt). Die Basis ist ausserdem mit einem elastisch befestigten Support --4-- ausgerüstet, der mittels eines plastischen Verformungskörpers --5-- an einem Vorschubarm--6--befestigt ist. Der Bauteil--4--ist in der Nähe seiner Befestigung an der Basis - -1-- elastisch ausgebildet ; es ist dies in der Fig. 1 mit einer Einkerbung angedeutet.
Diese Elastizität ermöglicht die Verschwenkung des Bauteiles--4--mittels des Magneten --17-- während der Aufwärtsbewegung des Werkstückes--8--. Der Vorschubarm--6-ist über ein Federblatt--7--mit der Basis verbunden. Der Vorschubarm--6--ist mittels eines Federblatts--10-an einem Werkstückarm --8-- befestigt, an dessen Ende ein Werkstück --9-- in geeigneter Weise befestigt ist. Der Werkstückarm - -8-- lässt sich mittels eines Seiles das mit einem Antrieb (nicht gezeigt) verbunden ist, auf- und abwärtsbewegen.
Eine Feder--13--ist zwischen dem Vorschubarm--6--und einer in den Support
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--4-- eingeschraubten Verstellschraube--12--angebracht, durch die der auf den Vorschubarm--6-- ausgeübte Federdruck verändert werden kann. Die Basis--l--ist ferner mit einem Anschlagkörper--14-- ausgerüstet, in den eine Verstellschraube--16--eingeschraubt ist. Mit Hilfe der Verstellschraube--16-lässt sich die Federvorspannung einer Feder-15-verändern, die zwischen der Verstellschraube --16-- und dem Support --4-- angeordnet ist.
Der Anschlagkörper-14-weist ausserdem einen Magneten-17mit einer Spule--18--auf.
Die Betriebsweise des beschriebenen Mikrotoms ist wie folgt. Zunächst wird eine Grobeinstellung des Messers--3--relativ zu dem Werkstück --9-- durchgeführt, indem die Werkzeugstufe--2--verschoben wird. Anschliessend wird die Auf- und Abwärtsbewegung des Werkstückarms--8-mit HiHe des mit dem Seil --11-- verbundenen Motors eingeleitet. Während der Aufwärtsbewegung des Werkstückarms wird der Magnet --17-- erregt, indem ein Erregerstrom an die Spule --18-- angelegt wird. Der Support --4-- wird somit von dem Magneten angezogen, so dass sich das Werkstück --9-- von dem Messer --3-- entfernt, damit das Messer das Werkstück bei der Aufwärtsbewegung nicht beschädigen kann.
Während des Schneidvorgangs wird der
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--13-- verformt,- mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit verschoben wird. Das Material des plastischen Verformungskörpers, seine Abmessungen und die Kraft der Feder--13--werden derart gewählt, dass die Verformung während des gesamten Schneidvorgangs in einem Bereich erfolgt, in dem der plastische Verformungskörper eine lineare Dehnungskurve aufweist, so dass man eine möglichst lineare Bewegung des Vorschubarms--6--erhält. Der Zweck der Verstellschraube--16--und der Feder--15--besteht darin, eine grössere Vorschubgeschwindigkeit erzielen zu können, wenn beispielsweise dickere Schnitte hergestellt werden sollen.
Das Mikrotom gemäss Fig. l ist ausserdem mit einem Exzenter --19-- versehen, durch den der Vorschubarm--6--von dem Support--4--getrennt werden kann, um den plastischen Verformungskörper --5-- ersetzen zu können. Da der plastische Verformungskörper eine Zeit in der Grössenordnung von drei- bis fünfmal der Verformungszeit benötigt, um seine ursprüngliche Gestalt wiederzugewinnen, sollte der Verformungskörper in einfacher Weise ausgewechselt werden können. Die Auswechselmöglichkeit wird beispielsweise dadurch erzielt, dass eine Anzahl von plastischen Verformungskörpern in einem Revolver angeordnet werden, der nach dem Trennen des Vorschubarms-6-von dem Support --4-- einen neuen plastischen Verformungskörper liefern kann.
Bei dem oben beschriebenen Vorschub erfolgt die Vorschubbewegung durch Verformung eines plastischen Verformungskörpers. Die Nachteile des thermischen Vorschubs werden dadurch vermieden. Bei dem in Fig. l gezeigten Vorschub erfolgt die Verformung des plastischen Verformungskörpers dadurch, dass auf den Verformungskörper eine Druckkraft ausgeübt wird. Ähnliche Ergebnisse lassen sich jedoch dadurch erzielen, dass auf den Verformungskörper eine Zugspannung oder eine Scherspannung ausgeübt wird. Ausführungsbeispiele solcher Vorrichtungen sind in den Fig. 2 und 3 dargestellt.
In Fig. 2 ist der Vorschubarm --6-- an derjenigen Seite des Supports --4-- angeordnet, die dem Schneidwerkzeug zugewandt ist, und der plastische Verformungskörper ist am Support und am Vorschubarm befestigt. Die Feder--13--erzeugt somit in dem Verformungskörper eine Zugspannung.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Vorschub ist der Vorschubarm --6-- unterhalb des Supports-4angeordnet, und der Verformungskörper-5-ist zwischen dem Support und dem Vorschubarm angeordnet.
Die Feder --13-- ruft somit eine Scherspannung in dem Verformungskörper hervor. Kombinationen der in den Fig. l, 2 und 3 gezeigten Anordnungen sind natürlich ebenfalls möglich.
In den Fig. 4a und 4b ist als Funktion der Zeit die Dehnung e eines plastischen Verformungskörpers dargestellt, der von einer über der Zeit konstanten Spannung--ol--beeinflusst wird. Wenn eine konstante Spannung auf ein Polymer ausgeübt wird, erhält man eine Verformung, die von der Zeit abhängt. Man erhält somit ein Kriechen. Der Kriechvorgang weist eine momentane Dehnung eo auf, die im elastischen Bereich liegt.
Anschliessend erfolgt eine verzögerte elastische Dehnung längs der auf der linken Seite der Fig. 4b gezeigten Exponentialkurve, deren erster Teil durch eine Gerade angenähert werden kann. Die viskoselastische Dehnung ändert sich bei bestimmten plastischen Werkstoffen nach einer Zeit tv in ein viskoses Fliessen, das im wesentlichen linear über der Zeit ist. Bei dem erfindungsgemässen Vorschub wird zweckmässigerweise der viskoselastische Bereich verwendet, in dem die Verformung reversibel ist und in dessen ersten Teil die Exponentialkurve durch eine Gerade angenähert werden kann.
Bei dem oben beschriebenen Vorschub ist eine Vorschubbewegung des Vorschubarms-6-von etwa 0, 1 mm innerhalb 15 min erwünscht. Ein geeigneter Wert der Kraft der Feder-13-ist 5kp. Beispiele für Werkstoffe, die unter den oben erwähnten Bedingungen derart dimensioniert werden können, dass man eine im wesentlichen lineare viskoselastische Dehnung erhält, sind geweichte Epoxydharze.
Durch geeignete Ausgleichsmassnahmen ist es ferner möglich, eine Dehnungskurve zu erzielen, die in dem viskoselastischen Bereich sehr genau einer Geraden folgt. Wenn beispielsweise der Druck oder die Temperatur fortschreitend verringert wird, nimmt die Biegung der Kurve ab. Der Ausgleich kann ferner dadurch erzielt werden, dass der plastische Verformungskörper aus verschiedenen Materialien zusammengesetzt wird, die mit hoher Genauigkeit eine lineare resultierende Dehnungskurve ergeben. Wie aus Fig. 4b ersichtlich, weist die
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Dehnungskurve hinter dem viskoselastischen Dehnungsbereich ein "Plateau" auf, dem ein linearer Dehnungsbereich folgt. Dies rührt daher, dass einige plastische Materialien nach einer gewissen Zeit zu fliessen
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diesen Teil der Kurve zu verwenden.
Der Nachteil besteht jedoch darin, dass der Fliessvorgang irreversibel ist. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass der Werkstoff, der während der Vorschubbewegung verformt wird, nicht notwendigerweise ein plastisches Material zu sein braucht. Im Prinzip kann jedes Material, dessen Dehnung eine Funktion der Zeit ist (ein sogenanntes rheologisches Material), verwendet werden. So kann beispielsweise Lehm verwendet werden.
Es versteht sich, dass die an Hand der Zeichnungen beschriebenen Vorschubeinrichtungen lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen. Beispielsweise kann die Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug natürlich auch in der Weise erzielt werden, dass das Schneidwerkzeug die Vorschubbewegung ausführt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorschub für ein Mikrotom, zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen einem Werkstück und einem Schneidwerkzeug, mit einem mit einer Basis verbundenen und einem in bezug zu dieser Basis in Vorschubrichtung kontinuierlich bewegbaren Bauteil, gekennzeichnet durch einen zwischen diesen beiden Bauteilen (4 bzw. 6) angeordneten, vorzugsweise aus plastischem Material bestehenden Verformungskörper (5) und durch krafterzeugende Mittel, z. B. eine Feder (13), die zur Verformung des Verformungskörpers innerhalb des viskoelastischen Verformungsbereiches auf den beweglichen Bauteil (6) eine im wesentlichen konstante Kraft in Vorschubrichtung ausüben.
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